国际空间站的苏联模式为何能成功，我们可以学到哪些经验？-凯时尊龙官网

礼炮7号电影剧照

早在1971年，苏联就将全球首个试验性空间站——礼炮一号发射升空。当时的苏联掌握了国际空间站最为前沿的技术，短短数年后，苏联就推出了下一代空间站。

1977年、1982年，苏联入轨的礼炮六号、七号为第二代空间站，且由于它们具有实用性质，所以也叫实用性空间站。其主要特点是均有两个对接口，即可同时接纳两艘飞船，从而能把载人与运货分开，延长了空间站寿命和航天员在轨时间。

礼炮六号在轨1763.71天，礼炮七号在轨3215.34天。第二代空间站比第一代空间站运行时间大大增长。

试验和运行表明，第1代空间站采用低轨道，为了克服大气阻力进行轨道调整，必须消耗更多的推进剂。如果其轨道高度保持在250千米，每年消耗推进剂为4.75吨；而第二代空间站轨道提高到350千米，推进剂消耗只需600千克。

第二代空间站的外形尺寸大体与礼炮四号相同，但也做了不少改进。除增加1个对接口外，其他改进之处是：

①增加了1个居住舱——中间舱，中间舱壳体焊接于工作舱后部，通过1个密封舱与工作舱连接，中间舱的另一端装有2个对接装置，用于停靠载人或货运飞船；

②更换了新的发动机及控制系统。为了保证变轨、交会和对接的可靠性，站上安装了一个先进的综合自动控制系统；

③为了进行舱外活动，增设了供航天员出舱用的气闸舱和航天服，航天员可通过这个门进入开放的太空；

④空间站内的生命保障系统和废物处理及水再生系统也进一步做了标准化改造，增加了淋浴设备等，其中在礼炮七空间站上还增设了由“进步”货运飞船提供饮水用的供水系统；

⑤服务舱变为一个等直径（4.15米）的圆柱体，同时在太阳能电池阵的布局上也进行了大的改变。

礼炮六号空间站与飞船复合体。

从外形看，苏联试验性空间站和实用性空间站很相似，它们的主要区别是：

①前者在轨寿命通常低于5年，而后者则在5～10年或更长；

②前者的规模较小，对接口也少，没有扩展能力，而后者有2个对接口，它们能同时对接载人运输器和货物运输器或专用实验舱；

③前者的航天员一次在轨时间一般较短，大多为几十天，而后者的航天员一次在轨时间大多为上百天；

④前者的燃料和消耗品原则上要一次带足，而后者则是用货运飞船定期进行多次补给；

⑤前者的有效载荷设备很少更换，而后者可多次更换和增加实验仪器；

⑥前者的航天员一般不进行航天器的维修工作，只进行试验、训练等，而后者的航天员要经常进行维修工作。

礼炮一号至五号主要用于技术试验，礼炮六号、七号则进行了大量对地观测、空间材料加工、生命科学、天文和地球物理学等研究。

后者新增加的专用设备主要有地球资源照相系统，它能够多路实时传送资源信息；广角对地观测系统；全波段大气数据望远镜，可应用于气象观测和天文观测。此外，还有恒星望远镜、零重力实验系统和生物实验装置等。

苏联在空间站的建造方面取得了巨大成功，在空间站领域技高一筹，主要原因是：把发展空间站作为未来航天计划发展的核心和一项国策，始终认为只有空间站才能充分开发和利用空间资源；采取了慎重稳妥和循序渐进的方式，最大限度地利用了成熟技术，即首先陆续发射5座单模块舱段式试验性空间站，以试验空间站的有关技术；取得一定经验后发射单模块舱段式实用性空间站；在这个基础上最终建造出多模块积木式长久性空间站和平号。

“礼炮”系列空间站的设计原则是：简单性，以大大缩短研制时间；通用性：尽可能采用已有的且比较成熟的技术，风险较小；渐改性: 力求使试验性空间站和空间站具有较大的发展潜力。它们大量应用了“联盟”飞船的技术和成果，包括生命保障系统、轨道机动和姿态保持系统及其动力系统、轨道对接技术及控制技术、太阳电池电源系统。这些基本设备和系统可以不必作大的改动就可直接用于“礼炮”，因此不需要重新发展高难度的技术。

此外，为了缩短研制时间，“礼炮”采用比较简单的外形结构，体积也能适应已有运载火箭运载能力一次发射的限制，所以比较容易实现，减少了难度和风险。

打造礼炮七号

“礼炮”系列空间站均采用单模块舱段式构型，它包括居住舱、实验舱、资源舱、对接过渡舱和气闸舱等，由运载火箭一次发射入轨，入轨后太阳电池翼等部件自行展开投入工作，工作正常后再由载人飞船把人送往空间站。采用这种构型使空间站外形简单，硬件少，容易实现，造价较低。它除了具有投入工作迅速的优点外，还不需要在轨道上对接组合或装配大型系统的复杂过程，风险和难度都较小，安全性较高。

但其缺点也很明显，即规模小，不易扩展，从而限制了有效载荷的规模。由于所有仪器设备只能布置在舱段内，因此很难合理地布置站上的分系统和有效载荷，不同性质的载荷不能做到相互独立，不可避免地造成一些不利的影响。而且由于各种载荷的安装十分紧凑，也使得出现重大故障时系统难以修理或更换。

另外，“礼炮”系列空间站只能利用在苏联国土内的7个测控站和12艘测量船进行测控和通信，每绕地球一圈，只能与地面通信15～20分钟，因此它们的管理和使用具有较大的局限性。

礼炮七号空间站与联盟t5飞船轨道复合体

按照设计，“礼炮”系列空间站有些系统的逻辑功能如供电系统工作方式的切换，需要由地面指令或航天员操纵来控制。在不载人运行期间，一旦与地面失去联系，空间站的供电系统便会以无法预料的方式工作，礼炮七号就曾出现过这类问题。当时空间站上所有的系统均供电不足，站内温度降到零度以下，气体组分控制系统停止工作，水和食品都已结冰，情况十分危急，后经过在轨维修才恢复正常。

这次修理是一次壮举，反映了苏联在空间站对接、手动交会等方面已具有很高的能力，同时也说明苏联在空间救援上迈出了一大步。礼炮七号的这次事故还说明它在设计上存在较大漏洞，需要得到解决。

 在太空运行的礼炮七号空间站

第三代空间站——“和平号”多模块积木式空间站正是在这种背景下问世的。由于运行时间长，所以也叫长久性空间站。多模块积木式空间站是舱段式空间站的合理发展，其每个舱段都有独立的电源及控制系统，因而比较灵活，具有功能强、使用范围广等特点，部分解决了单模块舱段式空间站存在的问题。

因此，苏联从1986年开始建造多模块积木式空间站“和平号”。它的最主要特点是，虽然其核心舱仍采用舱段式构型，但有6个对接口，除用于对接飞船外，还对接了5个实验舱。

由16个国家共同研制、俄罗斯主要参与的“国际空间站”是第四代空间站，采用了更先进的桁架挂舱式构型，2011年建成，目前仍在太空运行。

实践证明，苏联的循序渐进方式较好；要针对实用性空间站的要求来设计试验性空间站，但不能要求太高；对接技术、对接口数量和货运飞船是关键；航天员的居住时间需逐渐增加；适当提高空间站轨道高度可减少补给。

从1971年4月至1977年8月，苏联发射和运行了5座试验性空间站，即礼炮一号至五号，建立了以试验性空间站为主体，用“联盟”飞船作为运人兼运货的运输工具的体系，目的是为后来的实用性空间站取得经验，并试验载人飞船作为往返运输系统的能力。

1976年6月～1986年5月，苏联发射和运行了2座实用性空间站，即礼炮六号、七号，建成了以实用性空间站为主体，载人飞船和无人货船为运输系统的载人系统航天体系，大大提高了工作效率和工作寿命，创造了航天员在轨连续工作237天的记录。

 加加林航天员培训中心的和平号模拟器厅

从1986年2月～2001年，苏联/俄罗斯发射和运行了世界上首座可以在轨扩展的长久性载人空间站——“和平号”。它不仅在轨寿命长（5505天），航天员驻站时间长（累计4951天），驻站率高，而且实现了分批发射部件，然后在轨组装成大型载人航天器的全新建造方式，还掌握了利用航天员出舱维修和货运飞船补充物资等延长航天器寿命的技术。

从苏联空间站的发展过程可以看出，先发展试验性空间站是必要的。因为，当时世界上没有空间站运行的经验可供借鉴，需要发展试验性空间站来探索和掌握实用性空间站的运行经验和技术。在苏联的5座试验性空间站中，除礼炮二号因入轨后失控造成解体外，其余4座都获得了成功。

苏联的5座试验性空间站运行寿命都不长，这主要是它们都仅有1个对接口，每次只能对接1艘人货两用飞船，因而站内的科研仪器和物品均是在发射前就装入，很难补给，这就限制了载人航天的时间和空间站的寿命，站上有人的时间仅占空间站在轨运行时间的7.47%（礼炮三号）～16.26%（礼炮五号），而站内无人时是不工作的，因而利用率低。这也表明，对试验性空间站不能要求太高，主要用于突破和掌握航天员中短期驻留等空间站关键技术，开展一定的空间应用。

初期的和平号核心舱（飞船停靠其上）

质量、构型与礼炮一号至五号很相似的礼炮六号、七号仅增加了1个对接口和使用了货运飞船，就大大延长了空间站的运行寿命和航天员的工作时间，扩展了用途。这一经验极为重要。试验性空间站主要用于技术试验，实用性空间站则进行了大量对地观测、空间材料加工、生命科学、天文和地球物理学等研究。

在苏联试验性空间站运行期间，苏联共发射了11艘飞船准备与“礼炮”系列试验性空间站对接，而发生重大故障的飞船达5艘，故障率高达45.5%。因此，应对交会对接技术的复杂性和难度引起足够的重视。

礼炮一号只接待过1批共3名航天员，他们居住了24天。到礼炮四号，则接待过2批共4名航天员，他们共居住了90天。从礼炮六号开始，航天员在空间站上的居住时间进一步增加，最长达上百天。而且，航天员们开始互相交换乘坐的飞船。

例如，联盟二十六号的航天员，返回时乘坐联盟二十七号。交换飞船是为了延长联盟二十六号航天员在礼炮六号上的生活时间，同时使联盟二十七号有足够的卸货时间。以上数据说明，航天员在试验性空间站上的驻留时间是逐渐延长的，这与航天技术的不断发展和任务的日益扩大密切相关。

和平号空间站全貌

“礼炮”系列试验性空间站的轨道高度在200～300千米之间。根据轨道动力学理论推算，它们在大气阻力作用下，轨道高度每天下降3千米左右，为了维持轨道高度，每天需要花费15千克燃料，2个月需要900千克。后来的礼炮六号、七号分别进入了349千米和475千米高的轨道，使用寿命大大延长。研究表明：若将轨道高度提高到500千米左右，则每天只需消耗0.35千克的燃料，就可以维持轨道高度。所以，空间站的轨道高度不宜太低。

航天员在空间站上每人每天需要氧气0.8千克，食物（干）0.7千克，水8.5千克（其中3千克为饮用水），共计10千克。如果空间站上的洗涤水重复回收使用，那么每人每天只需5千克。

  在和平号空间站核心舱睡位上航天员拉上睡袋拉链准备睡眠

通过分析和推算可知，“礼炮”系列空间站上的补给量大部分用于轨道维持。此外，“礼炮”上的洗涤水也没有很好回收复用，从而加重了后勤补给任务。如果空间站采用提升轨道高度和废水复用技术以后，且3名航天员在空间站内长期生活，后勤补给飞船只需每隔3个月发射1次，每次运输2吨左右的补给物资即能满足需要。

第三代空间站“和平号”也存在一些不足：总体构型设计有问题，电力供应严重短缺，天地往返运输能力低，站上仪器设备的可靠性差，这些直接影响了空间站的正常运转、有效使用和航天员的生活。